가스텅스텐아크용접기능사 금속의 소성 변형과 가공 — 피로·합금 특성과 재료 시험

피로는 인장과 압축 하중을 오랫동안 반복하면 정적인 강도보다 낮은 응력에서도 파괴되는 현상이다. 철사를 앞뒤로 계속 꺾으면 약한 힘으로도 끝내 부러지는 것과 같다. 탄성은 힘을 빼면 원래대로 돌아오는 성질, 경도는 외력에 대한 저항의 크기, 취성은 부러지기 쉬운 성질이다. 피로를 '파괴되지 않는 현상'이라고 뒤집은 설명은 틀렸다.

합금이 되면 기계적 성질과 내마멸성이 좋아지고 용융점이 낮아지는 경우가 많다. 반면 다른 원소가 섞이면 전자의 움직임이 방해를 받아 전기저항은 증가하고 열전도율은 낮아진다. 그래서 '전기저항이 감소하고 열전도율이 상승한다'는 설명은 합금의 특징과 반대다. 순금속은 불순물이 없어 전자가 막힘없이 이동하므로 합금보다 전기전도도와 열전도도가 우수하다. 경도·강도·주조성·압축강도는 오히려 합금이 순금속보다 우수한 대표적인 성질이다.

자성은 잔류자기와 보자력으로 나누어 본다. 잔류자기는 자석을 뗀 뒤 남는 자기이고, 보자력은 남은 자기를 지우는 데 필요한 반대 자기장이다. 연철은 잔류자기가 크고 보자력이 작은 연자성 재료라 변압기 철심처럼 자기가 쉽게 붙고 떨어져야 하는 곳에 쓴다. 영구자석 재료는 잔류자기와 보자력이 모두 커서 자기를 쉽게 잃지 않는다.

금속 재료는 철이 기본 재료인가로 철금속과 비철금속으로 나뉜다. 주철은 철에 탄소가 약 2.1% 이상 섞인 합금이므로 탄소강·주강과 함께 철금속이다. 알루미늄, 구리, 니켈은 철이 들어가지 않은 비철금속이다.

중금속과 경금속은 비중으로 나눈다. 철 7.9, 구리 8.9, 납 11.3은 중금속이고, 알루미늄 2.7, 마그네슘 1.7, 티타늄 4.5는 경금속이다. 세트 안에서도 구분 기준값을 5.0으로 보는 문항과 4.5로 보는 문항이 갈리므로, 수치 하나를 단정하기보다 문항에 제시된 기준값을 따르고 위의 대표 금속 분류로 판단한다.

열전도율은 은이 가장 크고 그다음이 구리, 금, 알루미늄 순이다. 스테인리스강과 연강은 구리에 비해 열이 잘 통하지 않고, 특히 스테인리스강은 열전도율이 낮아 용접할 때 열이 좁은 부위에 집중되는 성질을 보인다.

재료 시험은 목적이 정해져 있다. 인장시험은 시편을 잡아당겨 인장강도, 항복점, 연신율을 구하고, 경도시험은 외력에 대한 저항을 측정하며, 충격시험은 해머로 때려 인성과 취성을 조사한다. 굽힘시험은 시편을 구부려 표면의 균열을 보는 시험으로 연성과 용접부의 가공성·결함 유무를 확인한다. 피로한도는 반복하중에 견디는 한계 강도이므로 반복하중을 가하는 피로시험으로 구하며, 굽힘시험으로 구하는 것이 아니다.